TW201640553A - 改善離子束擷取穩定度與離子束流的源殼體組件、系統及方法 - Google Patents

Abstract

本文提供用於改善離子擷取系統的離子束擷取穩定度及離子束流的方式。在一種方式中，一種源殼體組件可包括源殼體，所述源殼體環繞包括弧室的離子源，所述源殼體具有安裝於其近端處的擷取孔板。所述源殼體組件還包括真空襯墊，所述真空襯墊安置於所述源殼體的內部內以在一組真空抽吸孔周圍形成屏障。在構成後，所述源殼體組件中的除擷取孔板中的開口以外的開口被擷取孔板及真空襯墊封閉，進而確保在弧室外形成的附屬弧或無關離子保持於源殼體內。只有在弧室內形成的那些離子經由擷取孔板的開口而離開源殼體。

Description

控制離子束擷取穩定度與離子束流的離子源外殼組件

本發明是有關於一種半導體裝置製造領域，且特別是有關於一種控制離子擷取系統的離子束擷取穩定度與離子束流的源殼體組件。

在半導體製造中，離子植入是用於在各種基於半導體的產品的生產期間改變半導體晶片性質的常用技術。離子植入可用於引入用來改變導電性的雜質（例如，摻雜劑植入）、使晶體表面改性（例如，預先非晶化（pre-amorphization））、生成隱埋層（例如，暈圈植入（halo implant））、生成污染物的吸收部位、及生成擴散屏障（例如，氟與碳共同植入）。此外，離子植入可用於非晶體管應用（例如用於對金屬接觸區域進行合金化）、用於平板顯示器製造、及用於其他表面處理。所有這些離子植入應用可一般被歸類為用於形成材料改性（material property modification）區。

離子擷取系統常常包括離子源，離子源具有弧室、源殼體、以及抑制電極及接地電極。擷取孔鄰近離子源定位，且源本體、弧室基座及弧室鬆散地組裝於一起，其中擷取孔是弧室的一部分。在此種構造中，在例如對離子擷取系統進行例行維護後，擷取孔可偏移多達+/-1.5 mm。如此一來，需要調整每一束線部件（beam-line component）的束設置參數，以補償擷取孔的偏移，此除了增加束微調時間外還造成束傳輸損耗（beam transport loss）。遺憾的是，束微調時間增加及束傳輸損耗二者會降低離子擷取系統的生產輸送量。

此外，傳統的離子擷取系統可在弧室外形成作為燈絲、弧電壓及所存在的偏置電壓的副產物的附屬弧。此附屬弧不能持續地擷取，且以週期性方式存在。如此一來，自附屬弧擷取的離子束會離開源殼體並損壞與源殼體鄰近的抑制電極及接地電極，從而造成離子束假信號（ion beam glitch）。離子束假信號會負面地影響離子擷取系統的束擷取穩定度及束流。

有鑒於以上所述，提供一種用於改善離子擷取系統的離子束擷取穩定度及離子束流的系統及方法將較為有利。在一種方式中，環繞弧室的離子擷取系統的源殼體中的開口中除形成於擷取孔板中的開口以外的開口是由擷取孔板及真空襯墊限界，從而確保在弧室外形成的附屬弧及無關離子保持封閉於源殼體內。只有在弧室內產生的那些離子可經由擷取孔板的開口離開源殼體。如此一來，附屬弧無法撞擊及損壞與源殼體鄰近的抑制電極及接地電極，從而減少離子束假信號的數目。

進一步有利的是提供一種提供擷取孔板作為源殼體的一部分以使擷取孔板的開口能夠被更準確地定位的系統及方法，從而減少在例如源維護迴圈之後對源殼體的後續調整。擷取孔板的開口的準確定位會確保束光學元件在各個源維護迴圈之間更加均勻，從而減少束設置/微調時間及由此造成的束傳輸損耗。

根據本發明的一種示例性源殼體組件可包括：源殼體，包括遠端及近端；離子源，包括安置於所述源殼體內的弧室；以及擷取孔板，安裝至所述源殼體的所述遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有與所述弧室的孔實質上對齊的開口。

根據本發明的一種示例性離子擷取系統可包括：源殼體，包括形成於所述源殼體中的一組真空抽吸孔；以及離子源，包括安置於所述源殼體內的弧室。所述離子擷取系統可進一步包括真空襯墊，所述真空襯墊安置於所述源殼體的內部內，所述真空襯墊形成所述一組真空抽吸孔與所述離子源之間的屏障。所述離子擷取系統可進一步包括擷取孔板，所述擷取孔板安裝至所述源殼體的遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有與所述弧室的孔實質上對齊的開口。

根據本發明的一種示例性方法可包括：提供源殼體，所述源殼體界定遠端及近端；以及將擷取孔板安裝至所述源殼體的所述遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有與所述弧室的孔實質上對齊的開口。所述方法可進一步包括：在源殼體的內部提供真空襯墊，所述真空襯墊在所述源殼體的一組真空抽吸孔周圍形成屏障。

現在將參照其中示出根據本發明的系統及方法的實施例的附圖在下文中更充分地闡述根據本發明的系統及方法。然而，所述系統及方法可實施為許多不同形式且不應被視為僅限於本文所述實施例。而是，提供這些實施例是為了使此公開內容將透徹及完整，並將向所屬領域的技術人員充分傳達所述系統及方法的範圍。

為方便及清晰起見，本文中將使用例如“頂部”、“底部”、“上方的”、“下方的”、“垂直”、“水平”、“側向”、及“縱向”等用語來闡述這些部件及其構成零件各自相對於圖中所出現的半導體製造裝置的部件的幾何結構及取向的相對放置及取向。所述術語將包括所具體提及的詞語、其派生詞、及具有類似含義的詞語。

除非清楚地另外指明，否則本文中以單數形式並利用詞語“一”來敘述的元件或操作應被理解為不排除多個元件或操作。此外，所提及的本發明的“一個實施例”並非旨在被解釋為排除同樣包含所述特徵的其他實施例的存在。

如上所述，本文提供通過減少離子束假信號的數目來改善離子擷取系統的離子束擷取穩定度及離子束流的方式。在一種方式中，一種源殼體組件可包括源殼體，所述源殼體環繞離子源，其中所述離子源包括弧室，所述源殼體具有安裝於其近端的擷取孔板。所述源殼體組件還包括真空襯墊，所述真空襯墊安置於所述源殼體的內部內以在一組真空抽吸孔周圍形成屏障。在構成後，所述源殼體組件中的除擷取孔板中的開口以外的開口被擷取孔板及真空襯墊封閉，進而確保在弧室外形成的附屬弧或無關離子保持於源殼體內。只有在弧室內形成的那些離子經由擷取孔板的開口而離開源殼體。

現在參照圖1，其示出根據本發明的展示離子擷取系統10（以下稱為“系統10”）的示例性實施例。系統10包括源殼體14，源殼體14界定近端18及遠端22。在遠端22處安置有擷取孔板28，其中擷取板28包括形成於其中的單個主開口26。源殼體14進一步包括穿過源殼體的側壁34形成的一組真空抽吸孔30，以便能夠通過泵（圖中未示出）對源殼體14的內部進行真空抽吸。

如圖所示，系統10進一步包括接地電極38及抑制電極42，接地電極38及抑制電極42分別具有與開口26對齊的開口（分別被示出為46及50）。在某些方式中，接地電極38被提供用於限制接地電極38與源殼體14內的離子源之間的電場透入至接地電極38下游的區域中。同時，抑制電極42用以防止接地電極38的下游的離子束中的電子被吸入源殼體14內的離子源中。

現在參照圖2至圖3，將更詳細地闡述根據示例性實施例的源殼體14的內部54。如圖所示，系統10的源殼體組件55包括源殼體14、耦合至弧基座58的弧室56、以及耦合至弧基座58的離子源本體60。弧室56、弧基座58及離子源本體60安置於源殼體14內且一同產生離子束以供植入至例如半導體晶片等靶中。

在一個非限制性實施例中，弧室56包括陰極62，其中陰極62發射電子（例如通過熱離子發射而發射電子）並使電子加速至陽極。這些電子中的某些與氣體原子或分子碰撞並將所述氣體原子或分子離子化。通過這些碰撞產生的二次電子可被朝陽極加速至與電位分佈及電子的起點相關的能量。根據源的類型而定，離子可經由陽極而垂直於陽極被擷取，或者經由陰極區域被擷取。

陰極62可包括位於弧室56的一端處的燈絲64，其中弧室56與位於另一端的反射極（repeller）65相對。來自陰極62的電子被磁場約束於陽極筒體（anode cylinder）內部且可在燈絲64與反射極65之間振盪，從而實現高的離子化效率。

在使用過程中，弧室56產生主弧66以及附屬弧68。主弧66是在弧室56內部形成，且離子束經由弧室56的擷取孔67而自主弧66擷取出。附屬弧68是在弧室56外作為由燈絲64及區域中所存在的弧電壓/偏置電壓而產生的副產物形成。

仍如圖2至圖3所示，源殼體組件55進一步包括安置於源殼體14的內部54內的真空襯墊70。在示例性實施例中，真空襯墊70鄰近真空抽吸孔30定位，因而在源殼體14的內部54與環繞源殼體14的區域72之間形成屏障。在一個非限制性實施例中，真空襯墊是能夠耐受源殼體14內的高溫程度的材料（例如鋼），且被形成為大致拱形的元件。真空襯墊70利用焊縫、螺釘、鉚釘等而耦合至源殼體的內表面73。真空襯墊70被配置成允許對源殼體的內部54進行抽吸，這是因為真空襯墊70不與源殼體14的內表面73齊平、也不沿真空襯墊70的整個長度與源殼體14的內表面73形成密封。亦即，在真空襯墊70與源殼體14之間設置有空間75，以實現源殼體14的內部54與真空抽吸孔30之間的流體連通。同時，真空襯墊70在弧室56與真空抽吸孔30之間提供屏障，以確保附屬弧68保持封閉於源殼體14內。

現在參照圖3至圖4，將更詳細地闡述根據示例性實施例的擷取孔襯墊74。如圖所示，擷取孔襯墊74環繞弧室56的擷取孔67以及形成於擷取孔板28中的開口26。在示例性實施例中，擷取孔襯墊74耦合至弧室56的遠側，例如經由弧室56的側壁78與朝擷取孔襯墊74的周邊形成的凹槽80之間的壓配合（press fit）而耦合至弧室56的遠側。

擷取孔板28中的開口26界定徑向延伸部82，徑向延伸部82延伸至擷取孔襯墊74的開口86中。徑向延伸部82的尺寸被確定成使擷取孔板28耦合至擷取孔襯墊74（例如經由壓配合而耦合）。在示例性實施例中，擷取孔板28中的開口26的尺寸被確定成類似於或略大於（例如直徑大出15%至20%）擷取孔67的尺寸。此使得能夠自源殼體14擷取離子束，同時也確保附屬弧68（圖2）及/或任何無關離子保持容納於源殼體14內。

在構成後，擷取孔板28及擷取孔襯墊74一同阻塞在遠端22處位於源殼體組件55的前面的所有開口，擷取孔板28的開口26除外。如此一來，附屬弧68保持封閉於源殼體14內，且在弧室56外形成的任何離子將被阻止擷取出源殼體14，從而改善束擷取穩定度及束流二者。只有在弧室56內部形成的那些離子可經由弧室56的擷取孔67以及擷取孔板28的開口26而被擷取出源殼體14。因此，可減少因附屬弧68造成的束假信號。

此外，在構成後，擷取孔板28及擷取孔襯墊74會改善束微調時間及降低束傳輸損耗。具體而言，在一個非限制性實施例中，擷取孔板28耦合至源殼體14 而成為一體式部件。舉例而言，如圖4中所示，擷取孔板28被定位成使擷取板貼靠源殼體14的凹槽87內的肩部84。擷取孔板28延伸於源殼體14中的由源殼體14的內部在遠端22處界定的開口81上方。擷取孔板28可利用包括例如壓配合在內的任何種類的方式被固定至源殼體。一旦被固定就位，擷取孔板28便與源殼體14的端面88實質上齊平。

此種構造使擷取孔板28能夠被更準確地定位，從而將在例如測試或維護之後開口26的偏移最小化。擷取孔板28的開口26的準確定位會確保束光學元件更一致，從而減少束微調時間及束傳輸損耗二者，這是因為需要調整束光學元件以補償開口26的預期偏移的可能性減小。

現在參照圖5至圖6，將更詳細地闡述根據另一示例性實施例的源殼體組件155。源殼體組件155包括源殼體114，源殼體114界定近端118及遠端122，其中遠端122包括圍繞弧室156的開口188。源殼體114進一步包括穿過源殼體114的側壁形成的一組真空抽吸孔130，以便能夠通過泵（圖中未示出）對源殼體114的內部進行真空抽吸。

在示例性實施例中，弧室156耦合至弧基座，其中弧基座耦合至離子源本體（圖中未示出）。弧室156、弧基座及離子源本體安置於源殼體114內且一同產生離子束以供植入至例如半導體晶片等靶中。

源殼體組件155進一步包括安置於源殼體114的內部內的真空襯墊170，在示例性實施例中，真空襯墊170鄰近真空抽吸孔130定位，因而在源殼體14的內部與環繞源殼體114的區域172之間產生屏障。真空襯墊170被配置成允許對源殼體114的內部進行抽吸，同時確保所形成的任何附屬弧保持封閉於源殼體114內部。真空襯墊170進一步確保防止在弧室156外形成的任何離子經由真空抽吸孔130逸出。

在操作期間，弧室156可產生主弧及附屬弧二者。主弧是在弧室156內部形成，且經由弧室156的擷取孔167自主弧擷取離子束。附屬弧68是在弧室156外作為由燈絲64及區域中所存在的弧電壓/偏置電壓而產生的副產物形成。

為防止附屬弧及任何其他離子經由環繞弧室156的開口188離開源殼體114，擷取孔板128耦合至源殼體114的外表面190。在示例性實施例中，擷取孔板128延伸於開口188上方且包括形成於擷取孔板128中的開口186，其中開口186與弧室156的擷取孔167大致對齊。

如此一來，在弧室156外形成的任何附屬弧均無法在弧室156周圍行進並經由開口188離開源殼體114。此外，在弧室156外形成的任何離子也將無法自源殼體114擷取出，從而改善束擷取穩定度及束流二者。只有在弧室156內形成的那些離子可經由擷取孔板128的開口186而被擷取出源殼體114。因此，可減少由附屬弧造成的束假信號。

現在參照圖7，其示出說明根據本發明的用於改善離子擷取系統的離子束擷取穩定度及離子束流的示例性方法200的流程圖。將結合圖1至圖6的示意圖來闡述方法200。

方法200包括提供源殼體，所述源殼體界定遠端及近端，如方塊201所示。在某些實施例中，源殼體是離子擷取系統的一部分。在某些實施例中，源殼體進一步包括穿過源殼體的側壁形成的一組真空抽吸孔，以便能夠對源殼體的內部進行真空抽吸。

方法200進一步包括將擷取孔板安裝至源殼體的遠端，所述擷取孔板具有與安置於源殼體內的弧室的孔實質上對齊的開口，如方塊203中所示。在某些實施例中，擷取孔板延伸於源殼體中的由源殼體的內部在遠端界定的開口上方。在某些實施例中，擷取孔板可具有與弧室的孔實質上對齊的開口。在某些實施例中，擷取孔板耦合至源殼體而成為一體式部件，從而使擷取孔板能夠被更準確地定位。在某些實施例中，擷取孔板耦合至源殼體的外表面且其尺寸被確定成封閉環繞弧室的開口。

方法200進一步包括在源殼體的內部內提供真空襯墊，以在源殼體的一組真空抽吸孔周圍形成屏障，如方塊205中所示。在某些實施例中，真空襯墊是鋼制拱形元件，其中所述鋼制拱形元件耦合至源殼體的內表面。在某些實施例中，真空襯墊被配置成允許對源殼體的內部進行抽吸，同時確保附屬弧保持封閉於源殼體內部。

方法200進一步包括將擷取孔襯墊耦合至安置於源殼體的內部內的弧室，如方塊207中所示。在某些實施例中，擷取孔板耦合至擷取孔襯墊，其中擷取孔板包括與弧室的擷取孔實質上對齊的開口。在某些實施例中，擷取孔板中的開口界定徑向延伸部，所述徑向延伸部延伸至擷取孔襯墊的開口中。在某些實施例中，徑向延伸部的尺寸被確定成使擷取孔板耦合至擷取孔襯墊，例如經由壓配合而耦合至擷取孔襯墊。

綜上所述，本文所公開的實施例實現至少以下優點。首先，離子束擷取穩定度及離子束流得到改善，這是因為除與弧室的擷取孔對齊的擷取孔板的開口外，位於離子擷取系統的源殼體的遠端處的任何開口均被擷取孔板及真空襯墊阻塞。此確保在弧室外形成的那些弧保持封閉於源殼體內且只有在弧室內形成的那些離子經由擷取孔板的開口被擷取出源殼體。其次，所公開實施例的擷取孔板被設置成源殼體的一部分，從而使擷取孔板能夠被更準確地定位，由此將擷取孔板的開口在各個源維護迴圈之間的偏移最小化。擷取孔板的開口的準確定位會確保束光學元件更一致，從而減少束微調時間及束傳輸損耗二者。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧離子擷取系統
14‧‧‧源殼體
18‧‧‧近端
22‧‧‧遠端
26‧‧‧主開口
28‧‧‧擷取孔板
30‧‧‧真空抽吸孔
34‧‧‧側壁
38‧‧‧接地電極
42‧‧‧抑制電極
46‧‧‧開口
50‧‧‧開口
54‧‧‧內部
55‧‧‧源殼體組件
56‧‧‧弧室
58‧‧‧弧基座
60‧‧‧離子源本體
62‧‧‧陰極
64‧‧‧燈絲
65‧‧‧反射極
66‧‧‧主弧
67‧‧‧擷取孔
68‧‧‧附屬弧
70‧‧‧真空襯墊
72‧‧‧區域
73‧‧‧內表面
74‧‧‧擷取孔襯墊
75‧‧‧空間
78‧‧‧側壁
80‧‧‧凹槽
81‧‧‧開口
82‧‧‧徑向延伸部
84‧‧‧肩部
86‧‧‧開口
87‧‧‧凹槽
88‧‧‧端面
114‧‧‧源殼體
118‧‧‧近端
122‧‧‧遠端
130‧‧‧真空抽吸孔
155‧‧‧源殼體組件
156‧‧‧弧室
167‧‧‧擷取孔
170‧‧‧真空襯墊
172‧‧‧區域
186‧‧‧開口
188‧‧‧開口
190‧‧‧外表面
200‧‧‧方法
201、203、205、207‧‧‧方塊

圖1是說明根據本發明的離子擷取系統的立體視圖。 圖2是說明圖1所示離子擷取系統的內部的剖視圖。 圖3是說明圖1所示離子擷取系統的側視剖視圖。 圖4是說明圖1所示離子擷取系統的側視剖視圖。 圖5是說明根據本發明的源殼體組件的立體視圖。 圖6是說明圖5所示源殼體組件的立體視圖。 圖7是說明根據本發明的示例性方法的流程圖。 圖式未必按比例繪製。所述圖式僅為示意圖，而並非旨在繪製本發明的具體參數。圖式旨在繪示本發明的典型實施例，且因此不應被視為用於限制範圍。在圖式中，相同的編號表示相同的元件。

10‧‧‧離子擷取系統

14‧‧‧源殼體

18‧‧‧近端

22‧‧‧遠端

26‧‧‧主開口

28‧‧‧擷取孔板

30‧‧‧真空抽吸孔

34‧‧‧側壁

38‧‧‧接地電極

42‧‧‧抑制電極

46‧‧‧開口

50‧‧‧開口

Claims (15)

1. 一種源殼體組件，包括： 源殼體，包括遠端及近端； 離子源，包括安置於所述源殼體的內部內的弧室；以及 擷取孔板，安裝至所述源殼體的所述遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的所述內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有進一步界定所述弧室的孔的開口。
2. 如申請專利範圍第1項所述的源殼體組件，還包括耦合至所述弧室的擷取孔襯墊，所述擷取孔襯墊具有與所述弧室的所述擷取孔實質上對齊的開口。
3. 如申請專利範圍第2項所述的源殼體組件，所述擷取孔板耦合至所述擷取孔襯墊。
4. 如申請專利範圍第2項所述的源殼體組件，所述擷取孔板的所述開口界定徑向延伸部，所述徑向延伸部延伸至所述擷取孔襯墊的所述開口中。
5. 如申請專利範圍第1項所述的源殼體組件，還包括鄰近所述弧室而穿過所述源殼體形成的一組真空抽吸孔。
6. 如申請專利範圍第5項所述的源殼體組件，還包括安置於所述源殼體內的真空襯墊，所述真空襯墊相鄰於所述一組真空抽吸孔安置。
7. 一種離子擷取系統，包括： 源殼體，包括形成於所述源殼體中的一組真空抽吸孔； 離子源，包括安置於所述源殼體內的弧室； 真空襯墊，安置於所述源殼體的內部內，所述真空襯墊形成所述一組真空抽吸孔與所述離子源之間的屏障；以及 擷取孔板，安裝至所述源殼體的遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有進一步界定所述弧室的孔的開口。
8. 如申請專利範圍第7項所述的離子擷取系統，還包括耦合至所述弧室的擷取孔襯墊，所述擷取孔襯墊具有與所述弧室的所述擷取孔實質上對齊的開口。
9. 如申請專利範圍第8項所述的離子擷取系統，所述擷取孔板耦合至所述擷取孔襯墊。
10. 如申請專利範圍第9項所述的離子擷取系統，所述擷取孔板的所述開口界定徑向延伸部，所述徑向延伸部延伸至所述擷取孔襯墊的開口中。
11. 如申請專利範圍第7項所述的離子擷取系統，還包括接地電極及抑制電極，所述接地電極及所述抑制電極分別具有與所述擷取孔板的所述開口實質上對齊的開口。
12. 如申請專利範圍第7項所述的離子擷取系統，所述真空襯墊相鄰於所述一組真空抽吸孔而耦合至所述源殼體的內表面。
13. 一種方法，包括： 提供源殼體，所述源殼體界定遠端及近端； 將擷取孔板安裝至所述源殼體的所述遠端，所述擷取孔板延伸於所述源殼體中的由所述源殼體的內部在所述遠端處界定的開口上方，且所述擷取孔板具有進一步界定所述弧室的孔的開口；以及 在源殼體的內部提供真空襯墊，所述真空襯墊在所述源殼體的一組真空抽吸孔周圍形成屏障。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，還包括將擷取孔襯墊耦合至所述弧室，所述擷取孔襯墊包括與所述弧室的所述孔實質上對齊的開口。
15. 如申請專利範圍第13項所述的方法，還包括將所述擷取孔板耦合至所述擷取孔襯墊。